5G垂直行業網絡需求與組網探析

高大遠

（吉林吉大通信設計股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

隨著5G時代的到來，我國電信運營商的業務模式開始轉變，從以往的面向個人朝著面向個人與垂直行業的方向發展。社會各界對5G一直有較高的關注度，我國政府也頒布了多個文件為5G產業的發展提供保障，促進垂直行業多個應用試點的實施。我國5G行業進入發展的新時期，針對5G垂直行業網絡需求與組網需求進行深入的研究與分析有著十分重要的現實意義。

1 5G典型垂直行業應用及網絡需求

1.1 5G超高清視頻

現階段，5G移動通信的一個典型應用場景就是超高清視頻監控，其不僅能為用戶提供豐富的視聽體驗，同時還能提供高分辨率的視頻監控，便于區域管理人員開展安防工作。超高清視頻傳輸過程對數據速率有著嚴格的要求，如4K超高清視頻網絡速率至少為 12 ～ 40 Mb/s。

1.2 5G智能制造

近年來，我國科學技術的發展促使工業制造也開始向著智能化的方向發展，在智能化系統控制中心的控制下各種調度設備、叉車、機械臂以及機床等能夠更加高效的運行。5G網絡的強寬帶無線通信、低延時以及高可靠性等特征可以充分滿足當下智能化工程對于產品控制的精確要求，且對于不同用戶的不同要求，5G技術都能為其提供有效幫助。

1.3 5G智慧醫療

5G網絡在醫療領域中發揮重要的作用，其能夠幫助打破醫院與患者之間的地域限制，解決同區域內醫療資源分配不平衡的問題。借助5G網絡的優勢，在彩超和B超等醫療設備上安裝機械臂，醫療工作者能夠通過機械臂實現遙感控制的目標。5G智慧醫療應用場景如圖1所示。在實際應用中，由于5G網絡自身具備低延時及大寬帶等特征，通過毫秒數量級的脈沖傳輸高清診斷聲音視頻，可以實現醫患、藥師與設備之間的互動，充分保障相關操作的精準度。

圖1 5G智慧醫療應用場景

2 5G組網

5G網絡一般分為獨立組網（Standalone，SA）和非獨立組網（Non-Standalone，NSA）。一般情況下，應用NSA或SA和NSA相結合的形式直接組網處理較大的數據寬帶連接垂直系統工程服務，應用SA或NSA組網直接處理大數據連接、高品質寬帶以及低速率時間點無延遲的垂直工程產業。5G能夠定制差異化網絡性能，借助邊緣計算機和網絡切片技術的特性，滿足不同垂直行業的需求，保障5G網絡的性能提升。以某大型港口的工業智能化改造為例，至少需要配置無人駕駛貨車、5G攝像頭以及無人機等智能聯網設備，同時上行容量的需求較大，實際需求的帶寬已經超過了目前5G網絡的上限。上行網絡性能對于垂直行業智能化應用影響巨大，在各個領域有著潛在巨大需求和空間，具體見表1。

表1 上行網絡性能對于垂直行業智能化應用

3 垂直行業對5G終端提出多樣化需求

通過5G聯創中心多年積累，中國移動在國內也總結了出與垂直領域合作的多個方面[2]。中國移動研究院產業與行政服務部副總經理楊光說，5G已經具備了3大特點和兩大功耗，構成了全新一代的互聯網基礎設施，對于終端技術研發工作也提出了明確的要求。3大特點是指超大帶寬-超高速度、超可靠性-低時間延遲以及超多連接，兩大功耗指的是網絡剪輯切片量及其邊緣數值的計算。

相比于4G，5G擁有更高的速率和互聯網連接密度、更短的網絡時間和周期以及更安全、更可靠且更豐富的覆蓋和組網功能，可以滿足更加精準的定位，更快的移動性支撐等諸多方面的要求[3]。

3.1 更高的運行速率

基于大帶寬及其他規模的天線技術，超高清、VR/AR將會發展成為5G的標準配置，單個用戶流量在峰值時間內的速率下行最多可達1.3 Gb/s，上行最多可達175 Mb/s，終端需要很好地適應這么高的速度和數據傳輸需求。

3.2 更低時延

安全駕駛、遠程操控、工業制造以及能源負荷都有不同的時延需求[4]。安全駕駛要求時延低于10 ms，遠程操控要求時延低于10 ms，工業控制要求時延低于5 ms，能源負荷要求時延低于15 ms。

3.3 更安全

網絡切片和安全技術需要確保5G安全程度，5G安全系統和網絡切片機為客戶提供統一、靈活、可擴展且伸縮性高的5G網絡安全架構，能夠滿足各種應用場景下不同安全層次的需求。

3.4 更為可靠

5G面向全新的需求，交通、產業級的能源工程行業都會對其可靠度有較高的要求，現有的通信系統很難完全達到這個要求。LTE的可靠性為95%，可以通過重傳方式提高其可靠性，但5G要求99.999%，必須兼顧到時延所要求的高可靠性[5]。

4 5G第一階段R15營運場景及業務特征

4.1 沉浸式視頻應用VR/AR

虛擬現實（Virtual Reality，VR）與增強現實（Augmented Reality，AR）技術將目前的語音和視覺通信拓寬到了多感官通信領域，它們是顛覆傳統通信內容與人機交互方式的變革性技術[7]。3GPPTS 22.261對AR/VR等應用場景下的網絡需求提出了一些建議，除了要求使用者的數據傳送速率控制在1 Gb/s以上，為了保證用戶的使用體驗，5G網絡需要滿足從感知用戶的頭部移動到視覺反饋的時延為7～15 ms，且從感知用戶的頭部移動到達聽覺反饋的時間不能超過20 ms[8]。

4.2 智慧交通和輔助駕駛

智慧交通網絡系統涉及多個與互聯網通信技術相關的領域，旨在提升旅行的安全性、降低對環境的危害以及改進交通運輸管理，從而提高社會公眾的生活質量[9]。路邊的基礎設施等都需與交通控制中心實現無線聯網，以達到交通管理與控制的目的。路邊的基礎設施及交通控制樞紐中心之間需要采取低時延、高可靠及超小容量的方式聯網，通過將5G基站沿城市街道和高速公路每1～2 m部署至路邊，可以滿足智慧交通系統的建設需求。

4.3 智能制造和工業控制

我國現代工業機械制造及其自動化技術主要依賴于有線連接。有線連接雖然具有速度快、支撐高以及可靠性好等特點，但其物理線路容易磨損[10]。5G網絡提供的無線通信服務可靠性高且時延低，能夠滿足工業過程中的控制應用需求。智能化裝備制造和現代化工業管理控制的主要業務需求范圍包括原材料的采購、搬運與質檢，產品的研發與生產，設備的安裝與維護及其監控等。

5 結 論

垂直行業是5G網絡的重要應用市場，面向多樣化的行業需求，5G網絡結構將逐步過渡為獨立組網模式，并通過網絡切片和邊緣計算技術提供針對不同場景的網絡帶寬和時延差異化服務，促進行業發展。